印度尼西亚Jatigede坝心墙应力和水力劈裂研究综述

已有研究显示,土石坝水力劈裂是否发生与心墙小主应力和抗拉强度有关,且与小主应力成线性关系。在土石坝工程中,大多数部位心墙土料的抗拉强度远低于小主应力。因此在印度尼西亚Jatigede坝水力劈裂研究中,以心墙主应力为重点,忽略心墙土料抗拉强度,在不考虑心墙密度、抗剪强度(c、ф)、坝壳堆石与心墙模量比、泊松比等应力影响因素的交叉作用下进行有限元计算,结果表明:心墙土料的泊松比对应力影响最大,其次是心墙的密度,然后是心墙土料抗剪强度指标值,最小的是心墙土料凝聚力。在这5种影响因素中,模量比对心墙应力的影响仅比心墙土料凝聚力c明显,计算初步判断该心墙不会发生水力劈裂。     

碾压式沥青混凝土心墙坝应力变形特性分析

基于邓肯张E-B非线性有限元,模拟沥青混凝土心墙坝变形情况。通过计算得出,坝壳料变形量较小,竣工期坝体剪应力水平值相对较低,表明坝体受力较为均匀。满蓄期时,上下游坝壳料均向下游产生一定变形,在上坝壳料与水平推力共同作用下,坝体剪应力水平有所上升,各高程沥青心墙竖向应力均大于对应水压力,表明坝壳料、过渡料与心墙料均满足设计要求,不会发生水力劈裂。为今后评价心墙是否发生水力劈裂提供借鉴思路。     

新疆某碾压式沥青混凝土心墙坝设计

某碾压式沥青混凝土心墙砂砾石坝建在新疆高寒地区,介绍了该沥青混凝土心墙轴线、心墙厚度、过渡层厚度的确定及心墙与坝基防渗体的连接方式,并对其进行了坝体三维有限元应力应变静力分析。结果表明:相对于浇筑式沥青混凝土心墙、土料心墙等坝型,碾压式沥青混凝土心墙坝宜选择较厚的过渡层,以利于心墙施工控制;心墙厚度主要取决于坝体高度和坝壳料可能的变形情况。经综合评价,该坝变形协调性良好,应力分布基本合理,沥青混凝土心墙不会发生水力劈裂和拉裂破坏,坝体结构布局较为合理。     

土质心墙坝水力劈裂条件分析

采用基于Biot(比奥)固结理论的有效应力分析方法,对雅砻江两河口粘土心墙土石坝两种心墙坡比方案的多种特殊工况进行了比较分析,探讨了水力劈裂的发生条件及其影响因素。计算结果表明:坡比较大则心墙的抗水力劈裂能力较强。此外,对比较极端的坝壳与心墙模量组合情况下和较高蓄水速度情况下坝体的平面应变进行了有限元分析,探讨了坝壳与心墙模量关系及蓄水速度对心墙上游区域的应力分布及大小的影响,进一步探讨水力劈裂发生条件。     

土石坝沥青混凝土心墙材料参数对其工作性状的影响

在沥青混凝土心墙坝的设计中,应将试验和设计紧密相连,综合考虑各参数的影响,利用计算来指导试验,调整优化配合比设计,使大坝达到较佳的工作状态。针对新疆某沥青混凝土心墙坝,对坝体的各部分材料进行了三轴试验,得到邓肯-张E-u模型参数,并对沥青混凝土心墙坝进行三维非线性有限元分析。根据温控参数折减法,研究了邓肯-张E-u模型参数对沥青混凝土心墙的最大水平、竖向位移及大、小主应力的影响。结果表明:黏聚力c、内摩擦角φ、参数k和G对心墙的最大水平、竖向位移及大主应力的影响较大,但对小主应力的影响不明显。其他参数对最大位移和大、小主应力的影响则相对较小。研究结果可为沥青混凝土配合比设计优化和数值计算提供依据和参考。     

沥青混凝土心墙坝水力劈裂发生机理及分析

土质心墙坝的水力劈裂问题对土石坝安全的影响已引起工程界的高度重视。本文分析了沥青混凝土心墙发生水力劈裂的机理,提出心墙碾压施工"松塔效应"产生的水平缝和沥青混凝土的低透水性是发生水力劈裂的重要物质条件,而过渡料与心墙相互作用产生的"拱效应"及强大的"水楔"作用是发生水力劈裂的力学条件。通过实例分析证明沥青混凝土防渗心墙与土质心墙一样也存在水力劈裂的风险,需引起水利界的高度重视,对于高沥青混凝土心墙坝应审慎研究并评价心墙的防渗安全可靠性。分析结果对沥青混凝土心墙坝的设计与施工有一定参考意义。     

沥青混凝土在剪胀条件下的水力劈裂模型试验研究

随着沥青混凝土心墙坝坝高的增加,在高压水下心墙是否会发生水力劈裂越来越引起工程界的重视。已有试验表明,沥青混凝土孔隙率很小且沥青不会传递水压力,所以沥青混凝土的水力劈裂一般可以不考虑。但在实际工程中,剪胀会导致沥青混凝土孔隙率的增加,由此是否会引发水力劈裂问题尚不清楚。本文针对某工程进行了孔隙率增大后沥青混凝土的水力劈裂模型试验,结果表明,在孔隙率增大及局部拉应力作用下有发生水力劈裂的可能,说明针对实际工程中沥青混凝土可能发生的缺陷进行水力劈裂论证是必要的。     

黄金坪深覆盖层上沥青混凝土心墙堆石坝数值分析

采用三维非线性有限元数值分析方法对坐落于深覆盖层上的黄金坪沥青混凝土心墙坝进行应力变形计算,结果表明:在竣工期和满蓄期大坝的应力与变形都在规范允许范围内;位移分布规律基本合理;心墙不会发生水力劈裂,没有发生剪切破坏;沥青混凝土心墙与河床中央混凝土廊道和混凝土基座之间的错动变形较小;大坝结构设计是合理的。     

基于空间差异的沥青混凝土心墙水力劈裂数值模拟分析

水力劈裂是心墙土石坝设计研究中的关键性问题。文章以辽宁省拟建的双龙水电站沥青混凝土心墙为对象,利用考虑空间差异的随机有限元计算结果,对沥青混凝土心墙水力劈裂问题进行深入研究和分析。结果均显示,心墙不会发生水力劈裂,但是心墙的上部更容易发生水力劈裂,是施工质量控制的关键部位。     

砾石骨料破碎率对沥青混凝土心墙坝应力应变影响分析

通过室内静三轴试验获得邓肯-张E-μ模型参数,结合ABAQUS有限元软件对新疆某沥青混凝土心墙坝进行计算,分析竣工期和满蓄期不同破碎率砂砾石骨料条件下坝体和心墙的应力应变特性。结果表明:坝体的应力应变特性受心墙沥青混凝土中粗骨料的破碎率影响很小,心墙的应力应变特性仅大主应力随着粗骨料破碎率的增加而增大,且均在安全范围之内。因此,沥青混凝土心墙坝可以完全使用天然砾石骨料。     

浇筑式沥青混凝土心墙坝应力变形有限元分析

基于邓肯-张模型,运用数值仿真分析技术,对新疆某浇筑式沥青混凝土心墙坝进行有限元计算,得到竣工期和满蓄期大坝的应力变形特性。分析结果表明:顺河向水平最大位移及堆石体和心墙接触面最大竖向相对位移均发生在上游坝面约1/3坝高处;竣工期顺河向水平位移基本关于坝轴线对称;满蓄期,水压力作用下,顺河向位移向上游减小,而向下游增大,最大位移为9.1 cm。最大沉降发生在满蓄期,位于坝体中轴线偏下游约1/2坝高处,最大位移为16.7 cm。大主应力和小主应力沿坝高方向呈现从坝顶到坝底逐步增加的趋势,其最大值均发生在坝轴线处心墙与基座接触部位。研究所获得的计算分析结果,为同类工程的设计和计算分析提供参考。     

碾压式沥青混凝土心墙工程特性研究现状与对策

沥青混凝土由于良好的防渗性能与变形适应性,在土石坝中得到了越来越广泛的应用,其工程特性有别于常规混凝土与一般岩土体,包括温度敏感性、耐久性、抗震特性、抗水力劈裂特性等。为突破沥青混凝土心墙坝150m坝高的技术瓶颈,解决深厚覆盖层、高寒、强震等条件下直接修建高沥青混凝土心墙坝的筑坝技术难题,消除热沥青施工引起的环境污染问题,长江科学院自20世纪90年代开始,对三峡茅坪溪防护坝、黄金坪水电站、拉洛水利枢纽工程及Karot水电站等沥青混凝土心墙进行了系统研究,研制了静力、动力、蠕变三轴温控装置,并很好地应用到科研,在碾压式沥青混凝土心墙工程特性方面取得了大量成果。在总结水工沥青混凝土国内外的研究现状的基础上,重点讨论了碾压式沥青混凝土心墙的5个关键问题,以及长江科学院在沥青混凝土方面的研究进展与成果,可为类似复杂条件下沥青混凝土心墙堆石坝的设计、施工及运行管理提供依据。     

河谷形状对沥青混凝土心墙坝变形特性的影响

将河谷形状与堆石材料的力学特性联系起来,定义了河谷宽度系数、河谷边坡陡缓系数和河谷非对称系数等3个动态参数来描述河谷形状。利用新定义的河谷形状参数研究其对沥青混凝土心墙坝变形特性的影响,结果表明:河谷宽度直接影响沥青混凝土心墙底部应力拱效应的强弱,河谷宽度系数越小,狭窄河谷地形导致的应力拱效应越明显,从而可能诱发心墙水力劈裂;河谷边坡的陡缓影响沥青混凝土心墙两侧拉应力的分布规律和量值大小,河谷边坡陡缓系数增大,沥青混凝土心墙左右两侧的拉应力区范围变小但量值增大;沥青混凝土心墙两侧的沉降差随河谷非对称系数的增大而明显增加,据此初步给出了区分河谷对称性的界限值;河谷形状对沥青混凝土心墙坝的三向位移均会产生一定约束作用,河谷宽度对坝体位移的影响最为显著。     

尼雅水库坝料动力特性研究及三维地震反应分析

为研究沥青混凝土心墙坝抗震能力,以新疆尼雅水库为例,利用大型三轴仪进行动模量阻尼比和永久变形试验,分析筑坝材料的动力特性,并采用等效线性黏-弹性模型和大工双曲线残余变形模型对坝体进行地震反应分析.结果表明:砂砾料和过渡料的最大动剪切模量比堆石料高4％ ～11％,而堆石料的最大阻尼比比砂砾料和过渡料高4％ ～14％;心墙...     

堆石坝浇筑式沥青混凝土防渗墙概述

结合我国水利工程实例，探讨了堆石坝浇筑式沥青混凝土心墙发展趋向，并将浇筑式沥青混凝土心墙与斜墙坝，浇筑式沥青混凝土心墙防渗方案与混凝土面板、粘土心墙防渗方案进行了比较，论述了浇筑式沥青混凝土心墙的优越性以及减薄的可行性。     

沥青混凝土心墙堆石坝有限元数值分析

基于邓肯-张E-B材料本构模型,采用大型通用有限元软件ADNIA,对某沥青混凝土堆石坝进行了应力变形有限元计算,以便研究其应力应变特性.并在计算结果的基础上对沥青混凝土心墙的邓肯-张材料模型参数杨式模量、凝聚力、体积模量等进行了敏感性分析.坝体有限元计算结果表明:坝体上、下游坝坡附近小范围内出现拉应力;坝体应力在心墙附近有突变,出现了拱效应;各参数的变化对心墙的应力应变影响程度不一,其中杨式模量K、杨式模量指数n属于高敏感性参数,而体积模量指数m为低敏感性参数.为确保大坝安全,在上、下游坝坡采取必要的护坡措施,同时在大坝填筑施工时应适当提高上、下游坝坡附近坝体的压实标准;为保证心墙的稳定安全,适当调整沥青混凝土的配合比,并根据试验计算调整心墙的变形模量,使之和过渡料的模量协调一致,尽量减小沉降差异带来的不利影响.     

高土石坝粘土心墙和复合土工膜防渗性能研究

高土石坝在静力情况下的应力、变形特性和防渗性能一直是高土石坝设计和施工的关键问题。以一座高为127.5 m的高土石坝为例,通过室内试验和三轴试验测得坝体材料的物理性质指标和邓肯张E-B模型参数,采用有限元计算方法,计算竣工期和渗流稳定期复合土工膜高土石坝坝体应力、应变和变形以及大坝渗流量,并和粘土心墙防渗计算结构进行对比,并对复合土工膜心墙是否发生水力劈裂进行判断。结果表明:由于堆石体材料的流变性,引起了坝体的竖向位移和水平位移。复合土工膜心墙与粘土心墙相比,复合土工膜对降低坝体浸润线、减小坝体孔隙水压力均有显著作用,减小幅度在50%左右,且复合土工膜不会发生水力劈裂等不利问题。     

空间差异性下沥青混凝土心墙坝应力与变形的随机有限元分析

以往沥青混凝土心墙坝有限元分析通常采用筑坝材料的设计值进行计算,但实际施工质量的不确定性,使得筑坝材料在空间上表现出差异性。在考虑坝体与覆盖层材料空间差异性的情况下,提出了基于随机有限元沥青混凝土心墙坝应力、变形不确定性的分析方法。利用蒙特卡罗方法,得到了沥青混凝土心墙坝应力、变形的分布规律,并与设计工况下的有限元结果对比,确定考虑空间差异性对坝体与心墙应力、变形的影响以及应力、变形的超标概率。经分析发现:采用确定性的分析方法会有50%的可能性低估坝体最大沉降;43%的可能性低估坝体大主应力最大值;空间差异性下心墙不同位置处的沉降均有50%的超标概率,并且其下部的主应力超标概率会更大。分析成果可为大坝安全分析与设计优化提供依据,也为大坝的精细有限元分析提供了新的途径。     

沥青心墙与混凝土基座连接材料研究

在沥青混凝土心墙坝中,混凝土基座与沥青心墙结合能力直接影响着坝体的安全和防渗系统。通过模拟混凝土基座与沥青混凝土心墙的结合方法,分别选取沥青砂浆、沥青玛蹄脂、冷底子油以及不做处理4种不同的连接施工工艺进行研究,采用直接剪切的方法测试其强度。结果表明:在正应力相同的条件下,采用沥青玛蹄脂处理结合面的施工方法抗剪断强度最大,同时具有一定的抗变形能力。因此,推荐采用沥青玛蹄脂的施工方法,为沥青混凝土心墙坝混凝土基座与沥青心墙的连接施工方法提供了一定的参考依据。     

塑性混凝土心墙坝应力变形特性研究

为研究塑性混凝土心墙坝的应力变形特性,通过选取合适的本构模型、接触单元、施工过程和蓄水过程模拟方法等,结合工程实际,运用三维非线性有限元法对大坝应力变形进行计算分析。研究结果表明:在竣工期和蓄水期,坝体的水平位移及垂直位移的分布特征与一般均质土坝一致;大坝的大主应力均为压应力,从坝面向坝内应力逐渐增大,且最大值发生在坝体底部心墙附近;小主应力除局部存在较小的拉应力外,其余均为压应力。